Formatos de imagen y vídeo: características, usos y estándares de codificación

Formatos de Imagen: Características y Usos

Formatos Comunes: JPEG, PNG, TIFF, RAW, DNG, GIF, PSD, DPX, EXR, JPEG2000, BMP.

Formatos de Vídeo: HEVC, MPEG-1, WMV, MOV, AVCHD, MKV, H.264, AVI, MPEG-2.

Estándares (Imagen): JPEG, PDF, DNG, JPEG2000.

Estándares (Vídeo): HEVC (H.265), MPEG-4, H.264, MPEG-2.

BMP (Bitmap)

• Desarrollado por Microsoft.
• Ofrece alta calidad de imagen, similar a TIFF, pero sin información adicional para impresión.
• Ideal para imágenes destinadas a visualización en pantalla (alta o normal calidad).
• Profundidad de color: 1, 4, 8 y 24 bits por píxel (bpp).
• Modos de color: RGB, indexado, escala de grises y mapa de bits.
• No admite canal alfa.

PNG (Portable Network Graphics)

• Admite modos de color: RGB, indexado, escala de grises.
• Soporta transparencia (canal alfa: RGB y RGBA).
• No es adecuado para impresión profesional (no admite CMYK).
• Profundidad de color: 1, 2, 4, 8 y 16 bits por canal (hasta 64 bpp en modo RGBA).
• Compresión sin pérdida.

TGA (Truevision Graphics Adapter)

• Originalmente para tarjetas de video TARGA (Truevision).
• Imágenes bitmap de cualquier tamaño.
• Profundidad de color: 2 a 32 bits por imagen.
• Desventaja: archivos de gran tamaño.
• Excelente para el tratamiento del color.
• RGB hasta 32 bits, color indexado y escala de grises.
• Opcionalmente sin canal alfa, permitiendo elegir la profundidad de color por píxel al guardar.
• Compresión RLE (Run-Length Encoding).

TIFF (Tagged Image File Format)

• Desarrollado por Aldus (ahora Adobe).
• Compresión por áreas.
• Almacena imágenes con la máxima calidad y parámetros específicos para impresión.
• Formato que ocupa más espacio, pero óptimo para impresión profesional.
• Modos de color: CMYK, RGB, Lab, color indexado y escala de grises (con canal alfa).
• Imágenes en modo mapa de bits no admiten canal alfa.
• Compatible con Photoshop.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

• Ideal para imágenes digitales y web con gran variedad de tonos (fotografías digitales, degradados).
• No recomendado para imágenes o dibujos planos con poca variación de color (mala relación de compresión).
• Utiliza la transformada discreta del coseno (DCT).
• Profundidad de color: hasta 24 bits.
• Modos de color: CMYK, RGB y escala de grises (no admite alfa).
• Codificación: estándar, optimizado y progresivo.

JPEG2000

• Mejora de JPEG.
• Compresión wavelet (elimina el efecto de bloques "blocking" de la DCT en JPEG).
• Codificación en diferentes grados según el interés (ROI - Region of Interest).
• Recepción progresiva: previsualización en baja calidad y posterior visualización en alta calidad.
• Escalabilidad: previsualización de la imagen en tamaño reducido y posterior decodificación a tamaño completo.
• Estándar en cine digital (junto con DPX y OpenEXR).

RAW

• Contiene la información directa del sensor de la cámara sin procesamiento.
• Profundidad de color: 16 bits por canal.
• Admite canal alfa.
• Cada fabricante tiene su propio sistema.
• Adobe DNG es un formato RAW universal (utilizado por Samsung, Ricoh, Leica, Hasselblad).
• Compresión reversible (sin pérdida).

DPX (Digital Picture Exchange)

• Originalmente Cineon de Kodak, luego convertido en estándar de intercambio (negativo digital).
• Codifica la densidad de cada color con una respuesta logarítmica, preservando la latitud original del telecine.
• Estándar en sistemas de postproducción y laboratorios.
• Limitación: No soporta más de 10 bits. No es suficiente calidad para algunas películas.

Organismos de Estandarización

ISO (International Organization for Standardization)

• Organización internacional de estándares.
• Compuesta por organizaciones nacionales.
• Coordina normas en acuerdo con la Organización Mundial del Comercio (OMC) para facilitar el comercio, el intercambio de información y el desarrollo tecnológico.

ITU (International Telecommunication Union)

• Organismo intergubernamental especializado de la ONU.
• Regula las telecomunicaciones a nivel internacional.
• Divisiones:
  • ITU-T: Estándares de telecomunicaciones.
  • ITU-R: Estándares de radiocomunicación.
  • ITU-D: Grupo de desarrollo.

IEC (International Electrotechnical Commission)

• Organización de normalización en los campos eléctrico, electrónico y tecnologías relacionadas.
• Establece estándares para equipos electrónicos.
• Comités: privados, públicos y mixtos.
• ISO + IEC = MPEG

MPEG-2: Perfiles y Niveles

Perfiles

• Simple: Videoconferencia con bajo retardo.
• Principal: Radiodifusión de vídeo.
• SNR escalable: Permite múltiples grados de calidad.
• Espacialmente escalable: Múltiples grados de calidad y resolución espacial.
• Alto: Incluye los perfiles anteriores y soporte para formato de croma.

Niveles

• MP-ML (Main Profile at Main Level): Distribución.
• 422P-ML (4:2:2 Profile at Main Level): Contribución.

MPEG-4

Parte 2:

• SP (Simple Profile): Bajo bitrate y baja resolución (móvil).
• ASP (Advanced Simple Profile): Mejora de SP.

Parte 10 (H.264/AVC):

• Creación de macrobloques.
• Predicción intra-frame.
• Buffers de mayor calidad.
• Escalado de imagen y compensación de estimación de movimiento.
• Predicción de 1/4 de píxel.
• Filtro de desbloqueo (deblocking filter).

Proceso del Codificador H.264

1. Macrobloque de 16x16.
2. DCT (Transformada Discreta del Coseno).
3. Cuantificación y escalado.
4. Compresión.
5. Proceso inverso.
6. Filtro de desbloqueo (en la estimación y compensación de movimiento).
7. Selector intra-frame (3 modos de predicción intra):
   • Luminancia: Macrobloque de 16x16 (4 modos) y macrobloque de 4x4 (9 modos).
   • Color: 8x8 (4 modos).

Slices en H.264

• Slices de altura variable formados por macrobloques.
• Tipos: I (Intra), P (Predictive). Predicción dentro del mismo slice.
• Nuevos tipos de slices:
  • Switch I (SI): Construido a partir de sí mismo (para zapping).
  • Switch P (SP): Necesita información de otro slice.
• Opciones de predicción de slice:
  • A partir de un slice.
  • A partir de otros tres slices.
• Predicción a partir de varios fotogramas:
  • Long Term Reference: Guarda en buffer.
  • Short Term Reference.

Estimación de Movimiento (Inter) en H.264

• MPEG-2: Precisión de 1 píxel.
• H.264: Precisión de 1/4 o 1/2 píxel.
• Pasos para la precisión de 1/2 píxel:
  1. Evaluar la imagen.
  2. Ampliar la imagen interpolando nuevos píxeles (filtro TAP de 6 pasos, divide por 32).
• Precisión de 1/4 de píxel: Interpolación bilineal.

Filtro de Deblocking (Desbloqueo)

Niveles y Perfiles de H.264

• Niveles: Desde 1 hasta 6.2 (a mayor nivel, mayor resolución espacial y temporal).
• Perfiles: CBP, BP, MP, ProHiP y Hi44PP (hasta 14 bits y norma 4:4:4).

H.265 (HEVC)